CN104114399B - 用于检测待检验的蓄电池的状态的装置 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于检测车辆的待检验的蓄电池（3）的状态的装置（1），该车辆具有不同工作电压的至少两个车辆车载电网（5、6）。车辆车载电网（5、6）经由DC/DC转换器（7）耦合，该DC/DC转换器将第一车辆车载电网（5）的第一直流电压转换成第二车辆车载电网（6）的蓄电池（3）的第二直流电压。车辆车载电网（5、6）具有控制装置（8）。控制装置（8）额外地具有测试信号模块（9），该测试信号模块适合用于经由DC/DC转换器（7）将测试信号（10）施加给待检验的蓄电池（3）。此外，DC/DC转换器（7）的控制装置（8）额外地包括测量值检测模块（11）以及分析模块（12），该测量值检测模块适合用于测量待检验的蓄电池的反应值，所述分析模块适合用于由所测量的反应值来检测蓄电池（3）的状态。

Description

用于检测待检验的蓄电池的状态的装置
技术领域
本发明描述了一种用于检测车辆的待检验的蓄电池的状态的装置，所述车辆具有不同工作电压的至少两个车辆车载电网。该车辆车载电网通过DC/DC转换器耦合，该转换器将第一车辆车载电网的第一直流电压转变成第二车辆车载电网的蓄电池的第二直流电压。车辆车载电网具有控制装置。
背景技术
为此，由文献US 7,889，524 B2公开了用于带有充电装置的混合动力车辆的集成的双向转换器，该转换器具有唯一的感应线圈作为电感存储器并且通过AC/DC转换器实现充电功能。此外可以在所谓的升压功能中,通过双向DC/DC转换器将蓄电池的功率提供给带有较高工作电压的作为蓄电池的第一车辆车载电网，并且与之相关在所谓的降压功能中，可以将第一车辆车载电网的功率发送给在带有蓄电池工作电压的第二车辆车载电网中的蓄电池。为此，通过DC/DC转换器耦合的车辆车载电网具有控制装置。
然而这种车辆车载电网中的蓄电池的状态在车辆中既不显示也不检测。与此相应地，在具有12V车载电网和内燃机的常规车辆中在内燃机的每次起动过程中内含地进行12V蓄电池的测试。在此，在起动过程期间从蓄电池中产生高电流。如果能够实现起动过程，那么与之相关地检测最小充电状态、也称为SOC状态（State of Charge）以及老化状态、也称为SOH状态（State of Health）。如果不能实现起动过程，则要么不给出蓄电池的最小SOC状态，要么不给出蓄电池的最小SOH状态，使得车辆不能发动。
由此也在常规的车辆中不会出现由功能不足的电池引起的安全风险。然而在混合动力车辆或电动车辆中——其通常具有带有不同工作电压、例如高压侧和低压侧的车辆车载电网并且在低压侧没有起动器——取消了这种起动过程测试，并且由此取消了低压侧上的常规测试。
然而因为为了安全运行的这种车辆，需要低压蓄电池的最小SOC状态以及最小SOH状态，所以也必须在该车辆中反复地进行相应的检测。蓄电池的这种检测借助于车辆外部的测试设备以相应规定的保养间隔实现。然而如果车辆使用者没有遵守规定，那么这种车辆存在安全隐患，这只能通过对车辆驾驶员的及时告诫来降低。
发明内容
本发明的目的是给出一种用于检测待检验的蓄电池的状态的装置，该装置能够与维护以及检测间隔无关地持续地监控并且显示车辆蓄电池的状态。
所述目的利用一种用于检测车辆的待检验的蓄电池的状态的装置来实现。
所述车辆具有不同工作电压的至少两个车辆车载电网，所述装置具有：DC/DC转换器，所述DC/DC转换器将第一车辆车载电网的第一直流电压转换成第二车辆车载电网的蓄电池的第二直流电压；所述车辆车载电网的控制装置。其中所述车辆车载电网的控制装置附加地具有：测试信号模块，所述测试信号模块适合用于经由所述DC/DC转换器将测试信号施加给待检验的蓄电池；测量值检测模块，所述测量值检测模块适合用于对待检验的蓄电池的、作为反应的时间曲线的反应值进行测量；以及分析模块，所述分析模块适合用于从所测量的反应值中检测所述蓄电池的状态。
本发明还涉及有利的改进方案。
在本发明的一种实施方式中实现了一种用于对车辆的待检验的蓄电池的状态进行检测的装置，该车辆具有不同工作电压的至少两个车辆车载电网。车辆车载电网经由DC/DC转换器耦合，该DC/DC转换器将第一车辆车载电网的第一直流电压转换成第二车辆车载电网的蓄电池的第二直流电压。所述车载电网具有控制装置。该控制装置具有测试信号模块，该测试信号模块适合用于将测试信号经由DC/DC转换器施加到待测试的蓄电池上。此外，所述控制装置额外地包括测量值检测模块和分析模块，所述测量值检测模块适合用于对待检验的蓄电池的反应值进行测量，所述分析模块适合用于由所测量的反应值获得蓄电池的状态。
在该说明中描述的多个功能单元称作模块，用于特别强调其实施独立性。在上下文中模块可以包括带有一个或多个处理器的硬件转换电路，该处理器具有存储器、最高一体化转换电路（VLSI）、门阵列、可编程的逻辑元件和/或离散的组件。所述硬件电路可以实施逻辑功能、实施在具体的存储设备上保存的计算机可读的程序并且/或者实施编程的功能。模块也可以包括计算机可读的存储介质，该存储介质包括计算机可读的程序，该程序保存在具体的存储设备上，该存储设备在通过硬件电路、如处理器、微处理器或类似设备得到执行时实施功能。
这种装置的优点一方面在于，对于这种装置来说已经在这种车辆、如混合动力车辆或电动车辆中存在组件、例如DC/DC转换器，并且实际上提供了对待检验的电池的诊断，除充电状态之外还可以包括提前识别老化状态，并且由此在车辆故障危害到车辆以及乘客的安全性之前能够给出及时更换蓄电池的指示。
与按本发明的用于对待检验的蓄电池的状态进行检测的装置相关的优点是，可以通过车辆车载电网的控制装置连续地检验蓄电池，并且车辆使用者不再取决于制造商的保养间隔或维修间隔。此外，车辆使用者不再指示单独的电池测试装置，如其在车间提供的那样。更确切地说，车辆使用者能够连续地借助于显示模块密切关注蓄电池的充电状态如何发展，蓄电池的充电容量是否随时间降低并且低于临界的SOH状态，从而不再确保车辆的可靠运行。
在本发明的一种实施方式中，所述测试信号模块具有电压突变发送模块，并且测量设备检测模块具有电流测量模块，该电流测量模块检测电流的时间曲线作为蓄电池的反应。电压突变发送模块的这种电压突变不仅可以存在于充电电压上升中，而且可以存在于充电电压下降中，其中在第一种情况下必须明显增加蓄电池的充电电流并且在后面一种情况下降低蓄电池的充电电流。
此外，测试信号模块也可以具有电流突变发送模块，并且测量值检测模块具有电压测量模块。该电压测量模块可以检测电压的时间曲线作为蓄电池的反应。在此决定：当测试信号涉及提取电流突变时蓄电池电压从电流突变恢复得多快。
此外提出，所述测试信号模块具有电压脉冲发送模块并且测量值检测模块包括电流测量模块，其检测电流的时间曲线作为蓄电池的反应。在这种电压脉冲形式的测试信号中，重要的是电压脉冲是否增加蓄电池的充电电压或者是否降低测试脉冲的时间。蓄电池对充电电压的这种变化的反应越明显并且越快，那么就能越可靠地得出，蓄电池完全有效。只有在蓄电池的反应中可以确定异常，才可以得出蓄电池有缺陷。
在本发明的另一实施方式中，所述测试信号模块具有电流脉冲发送模块并且测量值检测模块具有电压测量模块。所述电压测量模块检测电压的时间曲线作为蓄电池的反应。在这种测试中使蓄电池短暂地经历脉冲持续时间的放电电流，并且观察电池从电流脉冲中恢复得多快。在此，在车辆网络的整个系统中没有较大的能量损耗，因为这种测试借助于双向的DC/DC转换器实施并且将测试能量中间存储在共同的电感存储器中，从而仅仅一小部分是测试能量损耗。
最后，测试信号模块也可以装备有交流电压发送模块并且测量值检测模块构造成电流测量模块，从而可以用电流测量模块检测电流的曲线作为蓄电池对施加的交流电压的反应。用交流电压发送模块的测试信号可以检测蓄电池的内阻，该内阻指示例如铅蓄电池是否具有足够的液位，因为随着液位的降低，增加了铅蓄电池的内阻。
所述测试信号模块可以替代地具有交变电流发送模块并且测量值检测模块具有电压测量模块。该电压测量模块检测电压的时间曲线作为蓄电池对注入的交变电流的反应。即使在所述装置的这种实施方式中，也可以推断出电池的内阻，并且在电池的内阻改变时推断出例如铅蓄电池的液位。
此外提出，所述分析模块与显示模块共同作用，其中显示模块显示用于充电状态的光学指示。由此，车辆的驾驶员可以总是知道蓄电池是否有安全隐患或者蓄电池的充电状态是否足以确保车辆的运行。
此外提出，所述分析模块与显示模块共同作用，其中显示模块具有用于老化状态的光学指示。在SOH状态降到允许的最小SOH状态以下之前，建议在外部检测蓄电池并且必要时进行更换。
在本文中有利的是，所述装置具有报警模块，该报警模块借助于光学的和/或声学显示模块在临界充电状态和/或临界的SOH状态下产生警报标志和/或警报信号。
在本发明的另一实施方式中提出，待检验的蓄电池在至少两个车辆车载电网的一个中具有铅蓄电池。因此，在铅蓄电池中该测试是决定性的，因为通常为混合动力车辆使用现有的电动机，以便在电动车辆不存在起动过程时起动车辆的内燃机。由此，取消了在车辆起动时关于铅蓄电池的SOC状态和SOH状态的常规的自动测试。
在本发明的另一实施方式中，所述第一车辆车载电网具有比第二车辆车载电网更高的直流电压，其中所述第一车辆车载电网可以具有锂离子蓄电池。这种锂离子蓄电池包括多个单电池，然而这些单电池总计可以提供高达几百伏特的高的工作电压。然而为车辆设置了低于人体危险电压以下的并且由此不超过100V的电压作为工作电压。否则就设置特别的安全屏障以及安全线路，从而确保甚至在事故中也不会有来自高压网的危险。
此外提出，所述具有高工作电压的第一车辆车载电网具有AC/DC转换器，该转换器将三相交变电流发电机的三相发电机交流电压转换成例如高压锂离子蓄电池的充电直流电压。通过上面所提到的DC/DC转换器将两个车辆车载电网与高工作电压或者说与低工作电压相互耦合。
在此，所述DC/DC转换器构造成双向的DC/DC转换器并且例如将锂离子蓄电池的充电直流电压变换成铅蓄电池的低充电电压，其中用于测试信号的能量绝大部分通过双向的DC/DC转换器的共同的电感存储器单元回收。
如此设计所述测试信号模块，使得其适合通过DC/DC转换器向铅蓄电池施加测试信号，该测试信号与测量值检测模块共同作用，该测量值检测模块适合用于测量铅蓄电池的反应值并且将其传送到分析模块上。该分析模块本身已经详细地探讨过了，并且因此可以从所测量的反应值中检测铅蓄电池的状态并且单独地或者通过配属于控制装置的中央显示模块显示铅蓄电池的充电状态或者也显示其SOH状态。
附图说明
现在根据附图更详细地解释本发明的实施方式。
图1示出了本发明的第一实施方式的示意性框图；
图2示出了按图1的实施方式的拓展的示意性框图；
图3示出了按本发明第二实施方式的示意性框图。
具体实施方式
按图1的框图示出了按本发明第一实施方式的装置1。在该框图中，带有高工作电压UH的第一车辆车载电网5经由DC/DC转换器7与第二车辆车载电网6耦合。为此，在沿箭头方向E进行能量传输时在DC/DC转换器7的高压侧存在高输入电压UHE，并且在低压侧，所述DC/DC转换器7具有用于第二工作车载电网6的第二工作电压UN的数量级较低的输出电压UNA。
所述DC/DC转换器7构造成双向转换器，从而也可以交换用于能量转换的输入和输出，也就是说，高压侧由低压侧供给并且相反低压侧由高压侧供给。这能够通过使用DC/DC转换器7的共同的电感存储器实现并且在图1中通过箭头方向E和A表示，其中E代表输入并且A代表输出。
在带有相应低的工作电压UN的第二车辆车载电网6的总线29上不仅连接着负载31、如照明装置32、起电感作用的线圈33或者电加热部的加热电阻34，而且也连接着蓄电池3。为了在车辆运行期间持续地检测蓄电池3的充电状态以及SOH状态，至少在车辆车载电网6中布置一与DC/DC转换器7共同作用的控制装置8。
向DC/DC转换器7输入测试信号模块9的测试信号10，其用于检测蓄电池3的状态。在蓄电池3上连接着测量值检测模块11，其获得对测试信号10的反应的时间曲线并且将该值输入分析模块12。
所述分析模块12一方面通过连接线路35与控制装置8连接并且通过线路36和37与显示模块21耦合。显示模块21一方面具有光学指示22以及声学指示24，并且也可以在低于蓄电池3的充电状态的临界值或者低于蓄电池3的充电电容的临界值时用作报警模块23。由此，车辆驾驶员随时具有下述指示：蓄电池3的功能或者说状态是否处于绿灯区域、也就是说是否处于可靠的工作状态。
图2示出了按图1的实施方式的拓展的示意性框图。具有与图1中相同功能的组件用相同的附图标记表示并且在下面的附图中不进行额外地讨论。
现在用图2详细地示出了，一方面在测试信号模块9中的哪些模块可以产生或者发出测试信号，以及测量值检测模块11中哪些模块检测蓄电池3的反应的时间曲线。此外，测试信号模块9可以具有电压突变发送模块13，其可以将具有u（t）的电压突变经由控制装置8和DC/DC转换器7施加到蓄电池3上。替代地，测试信号模块9可以具有电流突变发送模块15，其可以将具有i（t）的电流突变经由控制装置8和DC/DC转换器7施加到蓄电池3上。
此外，所述测试信号模块9可以具有电压脉冲发送模块17，其可以将具有u（t）的电压脉冲经由控制装置8和DC/DC转换器7施加到蓄电池3上。替代地，测试信号模块9可以具有电流脉冲发送模块18，其可以将具有i（t）的电流脉冲经由控制装置8和DC/DC转换器7作用到蓄电池3上。
最后，测试信号模块9也可以具有交流电压发送模块19，其可以将具有u（t）的交流电压经由控制装置8和DC/DC转换器7施加到蓄电池3上。替代地，所述测试信号模块9可以具有交变电流发送模块20，其可以将交变电流i（t）经由控制装置8和DC/DC转换器7作用到蓄电池3上。
待检验的蓄电池3的反应的时间曲线通过测量值检测模块11借助于检测反应电压ur（t）的电压测量模块16或者借助于检测反应电流ir（t）的电流测量模块14进行测量。如已经用图1所解释的，将所测量的以及所检测的值输入分析模块12，该分析模块本身与显示模块21共同作用并且具有光学指示22以及声学指示24。
图3示出了按本发明第二实施方式的装置2的示意性框图。本发明的第二实施方式包括本发明的第一实施方式的如已经在图1和2中所示的细节，并且示出了带有高工作电压UH的第一车辆车载电网5。所述第一车辆车载电网5的负载38的区别仅在于第二车辆车载电网6中负载31的连接电压或者说工作电压，在该电压下所述负载38可以工作。
第一车辆车载电网5从三相交流发电机28中获得其功率，该交流发电机与充电装置30中的AC/DC转换器27共同作用。该充电装置30在混合动力车辆中可以包含车辆自己的发电机，该发电机通过切换也可以用作电动机驱动装置，或者充电装置30可以直接用三相电源接头连接到供电电网上，并且由此最后也与三相交流电压发电机28共同作用，该交流电压发电机提供用于充电装置30的功率。利用该充电装置30以充电电压UHL给第一蓄电池4充电，其中第一蓄电池4在本发明的该实施方式中是锂离子蓄电池26。
由于耦合两个车辆车载电网5和6的DC/DC转换器7的双向作用，第一车辆车载电网5的锂离子蓄电池26也可以用较低的充电电压UNL对第二车辆车载电网6的待检验的铅蓄电池25进行充电。相反，蓄电池3也可以经由DC/DC转换器7给锂离子蓄电池26充电。通过经由DC/DC转换器双向地耦合两个车载电网5和6不会损失对于测试信号产生来说所需的能量，而是经由DC/DC转换器7的没有示出的电感存储器元件进行中间存储，从而仅损失对于产生测试信号来说所需的能量的一小部分。
附图标记列表
1 装置（1.实施方式）
2 装置（2.实施方式）
3 蓄电池
4 第一蓄电池
5 第一车辆车载电网
6 第二车辆车载电网
7 DC/DC转换器
8 控制装置
9 测试信号模块
10测试信号
11测量值检测模块
12分析模块
13电压突变发送模块
14电流测量模块
15电流突变发送模块
16电压测量模块
17电压脉冲发送模块
18电流脉冲发送模块
19交流电压发送模块
20交变电流发送模块
21显示模块
22光学指示
23报警模块
24声学指示
25铅蓄电池
26锂离子蓄电池
27AC/DC转换器
28交变电流发电机（三相）
29总线
30充电装置
31负载
32照明装置
33电感线圈
34加热电阻
35连接线路
36线路
37线路
38负载
A 输出
E 输入
UH 高工作电压
UN 低工作电压
UHE高输入电压
UNA低输出电压
UHL高充电直流电压
UNL低充电直流电压
ur（t）电压曲线
ir（t）电流曲线。

Claims (10)

1.用于检测车辆的待检验的蓄电池（3）的状态的装置，所述车辆具有不同工作电压（UH、UN）的至少两个车辆车载电网（5、6），所述装置具有：
-DC/DC转换器（7），所述DC/DC转换器将第一车辆车载电网（5）的第一直流电压（UH）转换成第二车辆车载电网（6）的蓄电池（3）的第二直流电压（UN）；
-所述车辆车载电网（5、6）的控制装置（8），
其中所述车辆车载电网（5、6）的控制装置（8）附加地具有：
-测试信号模块（9），所述测试信号模块适合用于经由所述DC/DC转换器（7）将测试信号（10）施加给待检验的蓄电池（3），
-测量值检测模块（11），所述测量值检测模块适合用于对待检验的蓄电池（3）的、作为反应的时间曲线的反应值进行测量，以及
-分析模块（12），所述分析模块适合用于从所测量的反应值中检测所述蓄电池（3）的状态。
2.按权利要求1所述的用于检测车辆的待检验的蓄电池（3）的状态的装置，其中，所述测试信号模块（9）具有电压突变发送模块（13），并且所述测量值检测模块（11）具有电流测量模块（14），所述电流测量模块检测电流的时间曲线（ir（t））作为所述蓄电池（3）的反应。
3.按权利要求1所述的用于检测车辆的待检验的蓄电池（3）的状态的装置，其中，所述测试信号模块（9）具有电流突变发送模块（15），并且所述测量值检测模块（11）具有电压测量模块（16），所述电压测量模块检测电压的时间曲线（ur（t））作为所述蓄电池（3）的反应。
4.按权利要求1所述的用于检测车辆的待检验的蓄电池（3）的状态的装置，其中，所述测试信号模块（9）具有电压脉冲发送模块（17），并且所述测量值检测模块（11）具有电流测量模块（14），所述电流测量模块检测电流的时间曲线（ir（t））作为所述蓄电池（3）的反应。
5.按权利要求1所述的用于检测车辆的待检验的蓄电池（3）的状态的装置，其中，所述测试信号模块（9）具有电流脉冲发送模块（18），并且所述测量值检测模块（11）具有电压测量模块（16），所述电压测量模块检测电压的时间曲线（ur（t））作为所述蓄电池（3）的反应。
6.按权利要求1所述的用于检测车辆的待检验的蓄电池（3）的状态的装置，其中，所述测试信号模块（9）具有交流电压发送模块（19），并且所述测量值检测模块（11）具有电流测量模块（14），所述电流测量模块检测电流的时间曲线（ir（t））作为所述蓄电池（3）的反应。
7.按权利要求1所述的用于检测车辆的待检验的蓄电池（3）的状态的装置，其中，所述测试信号模块（9）具有交变电流发送模块（20），并且所述测量值检测模块（11）具有电压测量模块（16），所述电压测量模块检测电压的时间曲线（ur（t））作为所述蓄电池（3）的反应。
8.按上述权利要求中任一项所述的用于检测车辆的待检验的蓄电池（3）的状态的装置，其中所述分析模块（12）与显示模块（21）共同作用，其中所述显示模块（21）显示关于充电状态的光学指示（22）。
9.按权利要求1至7中任一项所述的用于检测车辆的待检验的蓄电池（3）的状态的装置，其中所述分析模块（12）与显示模块（21）共同作用，并且其中所述显示模块（21）显示关于SOH状态的光学指示。
10.按权利要求1至7中任一项所述的用于检测车辆的待检验的蓄电池（3）的状态的装置，其中，所述用于检测车辆的待检验的蓄电池（3）的状态的装置具有报警模块（23），所述报警模块在临界的充电状态和/或临界的SOH状态下借助于光学指示和/或声学指示（22、24）产生警报标志和/或警报信号。
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